Изучение высокоскоростного двухшнекового лабораторного экструдера OMC Saronno для биоразлагаемых полимерных композитов

За последние несколько лет разработка биоразлагаемых полимерных композитов привлекла значительное внимание в мире материаловедения из-за ее потенциала решения проблем загрязнения пластиком. В этой записи блога представлена современная машина под названием OMC Saronno High-Speed Twin Screw Lab Extruder, которая помогает обрабатывать такие новаторские вещества. Рассмотрев, что он может делать и как он используется, читатели узнают о различных технических характеристиках, эксплуатационных возможностях, а также о практических применениях, связанных с этим экструдером, что даст им представление о его вкладе в производство высокопроизводительных экологически чистых материалов. Кроме того, в этой статье также обсуждаются более широкие последствия вокруг устойчивых практик, включающих биоразлагаемые полимерные композиты, помимо их роли в решении текущих экологических проблем.

Какие основные материалы и методы используются в экструдерах OMC Saronno?

Понимание функции полимеров в биоразлагаемых композитах

Основная функция полимеров в биоразлагаемых композитах — служить матрицей, придавая им прочность и гибкость. Выбор используемого полимера в значительной степени влияет на то, как быстро композит будет разрушаться, а также на его механические свойства и другие качества. Например, некоторые распространенные биоразлагаемый пластик являются полимолочная кислота (PLA), полигидроксиалканоаты (PHA) и материалы на основе крахмала; каждый из них имеет различные преимущества для различных применений. Также добавление наполнителей или добавок может улучшить такие характеристики, как прочность, термостойкость или влагостойкость, что означает, что вы можете проектировать их более подходящими для различных сред, в которых они будут использоваться в дальнейшем.

Какую роль играет двухшнековый экструдер в переработке полимеров?

Одной из важных особенностей этой машины является то, что она помогает более эффективно обрабатывать полимеры, особенно на этапах производства при изготовлении компостируемых композитов. Это происходит за счет обеспечения хорошего смешивания между различными компонентами, а также контроля теплопередачи внутри материала, который смешивается друг с другом в любой момент времени. Говоря конкретно, взаимозацепляющиеся шнеки помогают обеспечить адекватное распределение, обеспечивая тщательное смешивание, сохраняя при этом однородность по всей длине, тем самым предотвращая области, где один тип может доминировать над другими, что отрицательно влияет на желаемые механические свойства; но также и за счет контроля температуры профили тонко вдоль экструзии Стенки камеры, чтобы чувствительные биопластики, такие как PLA и PHA, не подвергались сильной тепловой деградации. Кроме того, его конфигурация позволяет легко перекачивать сырье посредством непрерывной транспортировки вдоль секции обработки, тем самым увеличивая производительность.

Как узнать, какие наполнители использовать в процессе экструзии?

При проведении экструзии можно использовать множество добавок для улучшения эксплуатационных характеристик материала и эффективности процесса. Некоторые из наиболее часто используемых включают:

• Пластификаторы — это химические вещества, добавляемые в определенные типы пластика, чтобы сделать их менее жесткими или хрупкими, тем самым улучшая их обрабатываемость во время процессов формования, таких как экструзия, когда нагрев с последующим быстрым охлаждением приводит к хрупкости; пластификаторы работают за счет снижения межмолекулярных сил между цепями, заставляя их легко скользить друг относительно друга, тем самым снижая вязкость, но не влияя слишком сильно на другие свойства, такие как прочность.
• Стабилизаторы — это могут быть как термические, так и УФ-стабилизаторы, которые защищают пластмассы от деградации из-за длительного воздействия света во время обработки; они делают это путем поглощения излучения, вредного для полимеров, или нейтрализации свободных радикалов, образующихся во время фазы нагрева, тем самым увеличивая срок службы конечного продукта.
• Наполнители – например, карбонат кальция и тальк среди прочих часто используются в качестве наполнителей в биоразлагаемых композитах, поскольку они обладают потенциалом улучшения механических свойств, таких как модуль, но также снижают стоимость на единицу веса, а также изменяют характеристики технологичности, такие как текучесть, которая также влияет на плотность. Они помогают улучшить жесткость, а также ударопрочность, одновременно влияя на плотность.

Эти добавки позволяют нам изготавливать наши экструдированные изделия в соответствии с конкретными требованиями, предъявляемыми к различным сферам применения, тем самым способствуя повышению общей устойчивости эксплуатационных характеристик в различных отраслях промышленности, где используются полимеры.

Какие результаты и обсуждения возникают при использовании экструдера Saronno?

Как можно изменить механические свойства биополимерных композитов?

Биополимерные композитные материалы имеют широкий диапазон механических свойств, которые зависят от того, из чего они сделаны, как они были обработаны и какие армирующие агенты использовались. Ниже приведены некоторые ключевые технические параметры, которые влияют на эти изменения:

• Прочность на разрыв — обычно измеряется в мегапаскалях (МПа). Количество и тип армирования в значительной степени влияют на прочность на разрыв биополимерных композитов. Например, включение натуральных волокон, таких как джут или пенька, может увеличить это свойство из-за их структурной природы.
• Модуль Юнга — также известный как жесткость, выражается в гигапаскалях (ГПа). Он часто улучшается при заполнении жесткими наполнителями, что делает его более жестким и способным выдерживать более высокие нагрузки, особенно в литьевых полимерных приложениях.
• Ударопрочность — определяется посредством таких испытаний, как испытание на удар по Изоду, где приборы используются для измерения прочности или сопротивления разрушению в условиях ударной нагрузки. Могут быть добавлены упрочняющие агенты или эластомеры, чтобы улучшить способность поглощения энергии, тем самым повышая ударопрочность.
• Прочность на изгиб — Как и прочность на растяжение, прочность на изгиб измеряет способность материала противостоять изгибающим силам; однако она также дает представление о его способности выдерживать сжимающую нагрузку. Свойства изгиба можно значительно улучшить, используя армирование волокнами.

Из этих параметров видно, что правильный выбор как полимерной матрицы, так и армирующих компонентов имеет решающее значение для достижения желаемых механических свойств в конечном формованном изделии. Такие улучшения не только отвечают конкретным требованиям применения, но и повышают общую устойчивость этих материалов в различных промышленных применениях.

Какими термическими свойствами обладают композиты на основе PLA?

Композиты на основе полимолочной кислоты (PLA) демонстрируют уникальные термические характеристики, которые делают их пригодными для различных применений в промышленности. Среди них ключевыми являются:

• Температура стеклования (Tg): Обычно диапазон Tg PLA составляет 55–65 °C, но он может изменяться в зависимости от включенных добавок или наличия других полимеров в его структуре; композиты могут демонстрировать смещенную Tg, что полезно в термостойких применениях.
• Температура термического разложения: Композиты PLA имеют тенденцию к термическому разложению, начиная примерно с 300 °C. Добавление неорганических наполнителей или других полимеров может улучшить термическую стабильность, тем самым задерживая начало разложения.
• Теплостойкость при изгибе (HDT): армирующие наполнители и сополимеры используются для повышения HDT композитов на основе PLA, чтобы они могли выдерживать более высокие температуры, не теряя своей формы.

Эти термические свойства очень важны при оценке эксплуатационных характеристик композитов на основе PLA, особенно там, где они будут подвергаться воздействию повышенных температур во время использования.

Какое влияние оказывает загрузка наполнителя на эксплуатационные характеристики композитных материалов?

На эксплуатационные характеристики композитных материалов сильное влияние оказывает механическая и термическая загрузка наполнителя. Многие исследования показали, что увеличение количества наполнителя, как и ожидалось, улучшает жесткость и прочность. Это происходит из-за лучшего переноса нагрузки между матрицей и армирующими наполнителями. Однако, если добавить слишком много наполнителей, может произойти агломерация, что приведет к плохому распределению по всему материалу, что в конечном итоге отрицательно скажется на его механических свойствах. Более того, выбор наполнителя в значительной степени определяет термическую стабильность, а также поведение при обработке, демонстрируемое композитами; например, тальк или карбонат кальция, среди прочих, могут использоваться в качестве неорганических наполнителей для улучшения теплопроводности, тем самым улучшая рассеивание в высокотемпературных приложениях. В общих чертах можно сказать, что необходимо оптимизировать уровень, на котором наполнители должны быть загружены в полимерную матрицу, имея желаемый баланс между прочностью, пластичностью и термическими характеристиками, требуемыми для того, чтобы они соответствовали конкретным промышленным применениям.

Каковы конфликты интересов в исследованиях с участием экструдеров?

Имеют ли исследования в области аддитивного производства какую-либо этику?

Ответственное исследование и применение аддитивного производства (AM), широко известного как 3D-печать, требуют признания и всестороннего рассмотрения ряда этических вопросов. Одной из основных проблем является нарушение прав интеллектуальной собственности. Поскольку технологии AM облегчают копирование конструкций, существует повышенный риск производства без авторских патентов или объектов, защищенных авторскими правами. Поэтому исследователям необходимо гарантировать, что они защищают эти права, одновременно способствуя инновациям.

Безопасность вместе с нормативным соответствием также является частью этических соображений в отношении этого предмета. Производство деталей посредством аддитивного производства для жизненно важных приложений, таких как аэрокосмические или медицинские приборы, требует строгого соблюдения стандартов контроля качества. Несоблюдение этих стандартов может привести к катастрофическим результатам, что требует тщательного тестирования и сертификационных протоколов для материалов, используемых в процессах формования. Более того, материалы, используемые в процессах AM, могут оказывать воздействие на окружающую среду и здоровье, поэтому их следует закупать ответственно и подвергать оценкам жизненного цикла, направленным на снижение негативных последствий.

Еще одной важной этической проблемой является конфиденциальность данных, особенно когда цифровые файлы используются в AM. Нарушения могут возникнуть, если файлы проекта содержат конфиденциальную информацию, что поднимает вопросы относительно защиты данных. Чтобы снизить такие риски, исследователям необходимо принять серьезные меры кибербезопасности наряду с прозрачной политикой использования данных.

Кроме того, социально-экономические вопросы возникают из-за доступности технологий аддитивного производства. Постоянное развитие AM может привести к неравенству между теми, кто может воспользоваться этими достижениями, и теми, кто не имеет к ним доступа. Этические размышления должны включать усилия, направленные на обеспечение равномерного распределения технологий и образования, чтобы можно было достичь инклюзивности в преимуществах, возникающих в результате прогресса аддитивного производства.

Что нам следует делать с потенциальной предвзятостью исследований экструзии?

При устранении возможных предубеждений во время исследований экструзии необходимо применять комплексную методологию, включающую различные стратегии. Во-первых, следует применять строгие экспериментальные планы, которые рандомизируют распределение образцов, тем самым минимизируя смещение отбора. Во-вторых, можно применять методы ослепления, когда и участники, и исследователи не знают определенных критических переменных на протяжении всего исследования, чтобы предотвратить смещение сбора и анализа данных. В-третьих, важно использовать однородные материалы вместе с производственными процессами, чтобы обеспечить согласованность между испытаниями, поскольку изменения могут вносить непреднамеренное смещение.

Кроме того, исследователи должны использовать статистические методы для корректировки любых выявленных искажающих факторов, которые могут исказить результаты. Обзоры литературы также могут помочь выявить существующие предубеждения в предыдущих исследованиях, что позволит будущим исследователям разрабатывать свои собственные исследования, имея эти знания под рукой. Наконец, прозрачность при сообщении об использованных методологиях и полученных результатах является ключевой; открытое обсуждение ограничений может повысить достоверность результатов, а также способствовать более сбалансированной интерпретации результатов.

Что такое заявление о доступности данных для OMC Saronno Research?

Где я могу найти необработанные данные эксперимента с экструдером?

Данные по экспериментам с экструдером можно найти на нескольких онлайн-платформах. Эти три являются одними из самых популярных:

• ResearchGate: Этот веб-сайт позволяет ученым делиться своими публикациями и наборами данных, либо напрямую связываясь с авторами, либо через дополнительные файлы, которые были загружены. Во многих случаях есть специальные файлы с информацией о проектах, связанных с экструзией, доступные для загрузки.
• Figshare: Наборы данных могут быть общедоступны в Figshare. Часто при исследовании экструзии они предоставляют не только необработанные данные, но и визуализации и другие дополнительные материалы, которые позволяют пользователям исследовать и использовать их в дальнейшем для своих исследовательских или аналитических нужд.
• Dryad: Dryad — это репозиторий с открытым исходным кодом, ориентированный на данные, связанные с научными публикациями. Исследователи могут предоставлять исходные данные об экспериментах по экструзии с использованием одношнекового экструдера, чтобы они были доступны для рецензирования и публичной загрузки, тем самым повышая прозрачность и воспроизводимость исследований.

Эти ресурсы позволяют лицам, желающим проводить эксперименты с экструдерами, легко получать доступ к соответствующему сырью, экономя время и усилия, а также гарантируя достоверность результатов, полученных в ходе таких исследований.

Как можно понять механические испытания композитов?

Чтобы понять данные механических испытаний композитов, необходимо знать, какие параметры измеряются, а также как эти величины сообщаются в ходе испытаний, проводимых на используемых материалах.

• Кривые напряжение-деформация: Кривые напряжение-деформация показывают приложенное напряжение в зависимости от деформации. Форма этого графика говорит нам об упругом поведении (вплоть до предела текучести), за которым следует пластическая деформация до достижения предельной прочности. Важные моменты включают предел текучести, предел прочности на растяжение (UTS) или просто «прочность» и модуль упругости («модуль упругости») в любой части вдоль кривой, где она не меняет крутизну значительно
• Модуль упругости и прочность: Модуль упругости представляет собой энергию, поглощаемую на единицу объема упруго, в то время как прочность показывает количество, необходимое для разрушения полиматериала. Другими словами, они оба измеряют способность материала поглощать энергию без разрушения, но на разных уровнях
• Виды отказов: разрыв волокна, растрескивание матрицы, расслоение — вот некоторые примеры видов отказов, наблюдаемых во время испытаний, которые могут предоставить полезную информацию о том, насколько хорошо работают композиты. Эти знания также помогают в будущих изменениях выбора/проектирования на основе того, что изначально вызвало отказ

Рассматривая эти части шаг за шагом, можно получить полное понимание механических характеристик любого типа композита и его пригодности для различных применений. Для более подробных стандартов и методологий см. ASTM D3039 (прочность на растяжение) или ASTM D790 (прочность на изгиб) среди других стандартизированных процедур, которые устанавливают последовательные протоколы механических испытаний в области композитов.

Как охарактеризовать эффективность биоразлагаемых полимеров?

Какие методы используются для проведения механических испытаний композитов?

Существует множество стандартизированных методов механических испытаний композитов, используемых для оценки их свойств при различных условиях нагрузки. Вот несколько наиболее часто используемых:

• Испытание на растяжение: эта методика определяет прочность на растяжение и удлинение при разрыве материала. Образец подвергается постепенно увеличивающейся осевой нагрузке до тех пор, пока не разрушится. Предел текучести, предел прочности на растяжение и процентное удлинение — вот некоторые важные параметры, которые можно определить с помощью этого испытания в соответствии со стандартами ASTM D3039 и нанести на кривую напряжение-деформация.
• Испытание на изгиб: проводится для того, чтобы узнать о свойствах изгиба композитов. Образец помещается в трех- или четырехточечную конфигурацию, где прочность на изгиб и модуль измеряются как показатели его способности противостоять изгибающим силам в соответствии с ASTM D790, что обеспечивает надежные результаты.
• Испытание на сжатие: Этот метод оценивает прочность на сжатие и модуль композитов путем приложения осевых нагрузок, которые сжимают материал до тех пор, пока он не сломается. Это помогает нам понять, как материалы ведут себя под действием разрушительных сил, особенно в структурных приложениях.
• Испытание на удар: В данном случае прочность оценивается путем измерения сопротивления внезапным ударам с использованием испытаний по Шарпи или Изоду с поглощением энергии до разрушения, что отражает прочность, необходимую для ситуаций с динамическими нагрузками, в которых могут использоваться материалы.
• Испытание на сдвиг: прочность на сдвиг и модуль можно определить с помощью испытаний на сдвиг, таких как испытание на сдвиг внахлест и т. д., что особенно полезно при работе с ситуациями склеивания композитных материалов. Испытание на сдвиг дает информацию о направленности прочности в композитах.
• Испытание на усталость: проводится путем циклического нагружения композитного материала с целью оценки его прочности или срока службы в таких условиях; оно включает в себя повторные циклы нагрузки/разгрузки до тех пор, пока не произойдет отказ, тем самым выявляя количество циклов, необходимых для отказа (Nf), которое становится значительным в приложениях, подвергающихся динамическим нагрузкам.

Все эти методы испытаний помогают нам получить знания о различных аспектах механических свойств композитных материалов, что позволяет инженерам и исследователям принимать правильные решения относительно выбора материала с учетом конкретных требований к конструкции.

Как измерить удлинение при разрыве при экструзии?

Оценка удлинения при разрыве экструдированных материалов требует систематического подхода с использованием стандартных методов испытаний на растяжение. Сначала подготовьте образец для экструзии в соответствии с соответствующими отраслевыми стандартами, например, ASTM D638, где для единообразного измерения должны поддерживаться определенная ширина и длина базы. Используйте универсальную испытательную машину (UTM) для приложения растягивающей нагрузки к образцу с контролируемой скоростью до тех пор, пока он не разрушится, измеряется в мм. Во время испытания регистрируйте изменения длины образца с помощью точных систем измерения удлинения, таких как цифровые экстензометры и т. д. Рассчитайте процент удлинения при разрыве, разделив увеличение длины на исходную длину базы, а затем умножив на 100%. Это значение важно, поскольку оно показывает, насколько материал может растянуться перед разрывом практическое применение а также указывает на его общие эксплуатационные характеристики с точки зрения пластичности.

Каковы функции молекулярной массы в свойствах материалов?

Свойства материала в значительной степени зависят от молекулярной массы, особенно в полимерах, влияя на их поведение во время обработки в одношнековом экструдере. Обычно более высокая вязкость и прочность связаны с большей молекулярной массой, что в свою очередь приводит к прочности и ударопрочности. С другой стороны, материалы с низкой точки плавления и меньшая термостойкость может наблюдаться при более низких молекулярных весах, что может повлиять на их обработку в формовочных приложениях. Кроме того, в этой статье рассматривается, как степень полимеризации влияет на кристалличность из-за различных молекулярных весов, тем самым влияя на такие свойства, как модуль упругости; прочность на разрыв и т. д., причем термостойкость является последним фактором среди других в зависимости от области применения, такой как аэрокосмическая промышленность или автомобильный сектор или даже промышленность медицинских приборов.

Справочные источники

Наполнитель (материалы)

Пластик

Матрица (математика)

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Какова основная цель высокоскоростного двухшнекового лабораторного экструдера OMC Saronno с точки зрения производства биоразлагаемых полимерных композитов?

A: Основная функция высокоскоростной магистрали OMC Saronno Двойной винт Лабораторный экструдер в контексте биоразлагаемых полимерных композитов предназначен как для их подготовки, так и для обработки; это позволяет эффективно смешивать и компаундировать полимеры на натуральной основе с различными добавками.

В: Как изменяются свойства полимерной матрицы при изменении температуры экструдера?

A: Механические и термические характеристики полимерной матрицы во многом зависят от температуры экструдера, которая должна составлять около 50 °C (приблизительно) для достижения наилучших результатов смешивания без деградации.

В: Каковы преимущества двухшнекового экструдера с однонаправленным вращением шнеков по сравнению с одношнековым?

A: По сравнению с одношнековыми моделями двухшнековые модели с однонаправленным вращением шнеков обладают лучшей способностью смешивания, повышенной однородностью состава, а также превосходным контролем над условиями обработки.

В: Какие испытания проводились для оценки механических свойств этих композитов?

A: Испытания на растяжение и испытания на изгиб проводились для оценки прочности и эластичности (механических свойств) соответственно; они помогли понять поведение в различных условиях.

В: Какую функцию выполняет азот во время экструзии?

A: Причина, по которой азот вводится в процесс экструзии включает в себя его способность регулировать содержание влаги и предотвращать термическую деградацию, тем самым улучшая качество и стабильность конечного биоразлагаемого полимерного композита.

В: Как работает моделирование методом послойного наплавления в отношении экструдера для этих композитов?

A: Моделирование методом послойного наплавления работает рука об руку с экструдером, когда дело доходит до создания прототипов или готовых изделий из экструдированных биоразлагаемых полимерных композитов, что позволяет точно формировать материал в различных приложениях, которые могут включать наложение слоев.